劉喜峰

摘 要：液塑限聯(lián)合測定試驗是土力學(xué)實驗中必做的一項，但學(xué)生在實驗室操作時，深受試驗結(jié)果處理的困擾，一方面圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線是在雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪制的，對于本科生而言有一定難度；另一方面曲線中數(shù)據(jù)點的選用與連接關(guān)系到試驗的精度，需要謹(jǐn)慎處理。因此，本文以學(xué)生測得的試驗數(shù)據(jù)為例，應(yīng)用EXCEL對其加以分析，改善關(guān)系曲線的繪制，以便快捷、準(zhǔn)確地得出結(jié)論。

關(guān)鍵詞：液限；塑限；EXCEL；雙對數(shù)坐標(biāo)系

1 概述

土體的塑限和液限均為界限含水率，塑限是土體從半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水率，而液限是土體從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水率。這兩種界限含水率和土粒組成、礦物成分、土粒表面吸附陽離子等性質(zhì)有關(guān)，對粘性土的分類和工程性質(zhì)的評價有著重要意義。塑限和液限的測定可采用錐式液限儀聯(lián)合試驗，也可采用蝶式液限儀和滾搓法。考慮到結(jié)果的準(zhǔn)確性和實驗工作量的大小，本實驗室采用錐式液限儀聯(lián)合試驗。測定時取風(fēng)干土樣（過0.5mm篩）200g，加水拌勻制備試樣。測定試樣在不同含水率時，相應(yīng)圓錐體下沉深度。記錄三組數(shù)據(jù)后，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐下沉深度為縱坐標(biāo)，繪制關(guān)系圖。在直線上查得，縱坐標(biāo)（即圓錐體下沉深度）為17mm所對應(yīng)的橫坐標(biāo)（即含水率）為液限，而縱坐標(biāo)為2mm時對應(yīng)點的橫坐標(biāo)為塑限。

2 現(xiàn)存的問題

在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制圓錐體下沉深度及含水率的關(guān)系直線，并不是一個精細(xì)的數(shù)據(jù)處理工作。學(xué)生在描點和連線上都存在著問題，因此試驗結(jié)果并不準(zhǔn)確。

2.1 雙對數(shù)坐標(biāo)系

傳統(tǒng)的液塑限聯(lián)合測定試驗，在數(shù)據(jù)處理時會采用作圖法，步驟繁瑣，費時費力，而且學(xué)生在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上描點連線后，線條不夠平滑，坐標(biāo)紙面不夠美觀干凈，精度難以保證。

2.2 曲線的繪制

將三組實驗數(shù)據(jù)點落在坐標(biāo)系后，下一步應(yīng)將數(shù)據(jù)點連線。因三組數(shù)據(jù)并非隨機數(shù)據(jù)，而是要求圓錐體下沉深度在3～4mm，7～9mm，15～17mm，因此極可能出現(xiàn)三點不在同一條直線上的情況。此時應(yīng)作處理，通過高含水率的一點與其余兩點連兩直線，在圓錐下沉深度為2mm、17mm處查得相應(yīng)的兩個含水率，如果差值不超過2%，用平均值的點與高含水率的點做一直線。若含水率誤差大于或等于2%，應(yīng)重新做實驗。這意味著，在試驗數(shù)據(jù)中，繼挑出可用的數(shù)據(jù)點后，學(xué)生花費時間將其繪制成直線并查出兩個含水率，卻不一定能保證在誤差范圍，若不合適，還需重新實驗。為減少作圖過程帶來的影響和偏差，建議學(xué)生換一種較為便捷的方式，即采用EXCEL求解。

3 EXCEL的應(yīng)用

3.1 EXCEL簡介

EXCEL具有出色數(shù)據(jù)處理功能，且可以根據(jù)源數(shù)據(jù)繪制各種類型的圖表，還可快速變換為雙對數(shù)坐標(biāo)系。因此考慮在土力學(xué)液塑限實驗中引入EXCEL，為學(xué)生提供一種新的思路[1]。

3.2 編程及數(shù)據(jù)處理

將學(xué)生實驗所得的數(shù)據(jù)列入EXCEL表格中，并將三個數(shù)據(jù)點分別標(biāo)以A、B、C點，A代表含水率大的點，C代表含水率小的點，B居中。接下來[2][3]，

第一步，插入XY散點圖，添加兩個系列：“AB線”和“AC線”。分別將兩條直線相應(yīng)的數(shù)據(jù)點選中，落在坐標(biāo)系中。

第二步，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，分別右擊X，Y坐標(biāo)軸，選擇“坐標(biāo)軸格式”，在彈出對話框中切換到“刻度”選項卡，選中“對數(shù)刻度”，這樣便得到雙對數(shù)坐標(biāo)系。

第三步，分別右擊B點和C點，選擇“添加趨勢線”，在“類型”中選擇線性，在“選項”中勾選“顯示公式”。AB線與AC線的方程式便顯現(xiàn)。將兩條直線的斜率、截距分別記錄在EXCEL表格中。若兩條直線斜率相同，則三點共線，直接計算y=2mm和y=17mm對應(yīng)的x即可。若不同，需判斷是否重做實驗。

第四步，在表格中編輯公式，將AB線和AC線在y=2mm時對應(yīng)的兩個x值（含水率）相減，絕對值小于2%，則不需重做。將兩個x值的平均值作為橫坐標(biāo)（此即為塑限），2mm作為縱坐標(biāo)，定義為D點，重復(fù)第一步和第三步連接AD，并給出AD線方程式。

第五步，在AD線中，y=17mm時對應(yīng)的x值即為液限。

本實驗數(shù)據(jù)經(jīng)EXCEL處理后見表1和圖1。

表1 EXCEL表格中數(shù)據(jù)記錄與計算

圖1 圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線

4 結(jié)論

盡管EXCEL功能廣，有很多內(nèi)部函數(shù)，如INTERCERT（），CORREL（）等，但對于學(xué)生來說，利用此類工具的前提是理解原理，所以應(yīng)采用直觀淺顯的計算公式，以保證對于只掌握計算機基礎(chǔ)的學(xué)生來說，易于理解，且能靈活應(yīng)用。盡管EXCEL繪出的關(guān)系曲線不夠完美，坐標(biāo)刻度單位最小為10，但已能滿足實驗要求。將EXCEL應(yīng)用于土力學(xué)液塑限數(shù)據(jù)處理中，可避免學(xué)生的計算失誤和繪圖問題，并能自行計算，自行繪圖，是一種簡單方便的工具，且能保證精度。

參考文獻：

[1]趙翔宇.Excel表格在土的液塑限試驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].山西交通科技，2014（1）：21-23.

[2]張向東，劉家順，王長江.Excel和MATLAB在液塑限聯(lián)合測定試驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2010，40：659-662.

[3]張勝，敖大華.液塑限聯(lián)合試驗數(shù)據(jù)Excel快速處理方法[J].土工基礎(chǔ)，2013（5）：76-78.